基于InSAR技术的城市地表形变反演研究与应用

来源 :东华理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuguai19811025
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针对城市缓慢累积地表形变,常规合成孔径雷达差分干涉测量(differential interferometric synthetic aperture radar, D-InSAR)技术因受时空失相干、大气效应等因素的制约,无法精确反演其形变信息。为克服D-InSAR技术在反演长时间序列地表形变信息中的缺陷,永久散射体(permanent scatterer InSAR, PS-InSAR)技术与短基线集(small baseline subset InSAR, SBAS-InSAR)技术应运而生。PS-InSAR与SBAS-InSAR技术都是针对影像数据内的目标点进行分析,利用不同模型与方法剔除目标点中的残差相位,提取目标点的形变信息,进而完成时间序列地表形变信息的反演。
  在众多卫星SAR系统提供影像数据的支持下,提高PS-InSAR与SBAS-InSAR技术反演城市地表形变信息的有效性和可靠性是目前需要研究的问题。本文首先针对双极化数据,研究基于PS-InSAR与SBAS-InSAR技术在不同城市区域内的地表形变信息反演。其次,对在SARscape软件中因人工选取地面控制点导致SBAS-InSAR技术反演地表形变结果出现的误差进行研究。具体研究内容如下:
  针对双极化数据在不同城市区域内的地表形变反演,以Sentinel-1AVV、VH极化数据为数据源,利用PS-InSAR技术对覆盖上海市城区的13幅双极化数据进行地表形变反演,利用PS-InSAR与SBAS-InSAR技术对覆盖南昌市城区的30幅双极化数据进行地表形变反演。通过对反演结果与中间结果的分析可知:(1)两个研究区在反演时段内的地表形变整体保持稳定,部分区域发生了小幅度的地表抬升与下沉;(2)两个研究区的两种极化数据地表形变反演结果中,VH极化数据地表形变信息缺失情况较为严重,未能反演出部分区域的形变信息;(3)在两种极化数据干涉对相干系数图与解缠图的质量比较中,VH极化数据的质量比VV极化数据差。VH极化数据干涉对解缠图有效像素数过少是导致形变信息出现缺失的主要原因;(4)通过将反演结果与已有研究成果、水准数据进行比较可知,基于VV和VH极化数据,利用PS-InSAR与SBAS-InSAR技术,VV极化数据反演结果的有效性和可靠性更高,更适用于反演城市地表形变。
  针对人工选取地面控制点导致SBAS-InSAR技术形变反演结果出现误差的问题,提出了一种结合PS特征点的SBAS-InSAR方法。通过设置PS-InSAR技术中的振幅离差阈值与相干系数阈值,提取PS特征点作为地面控制点进行SBAS-InSAR轨道精炼,对南昌市城区进行地表形变反演。结果表明:(1)研究区在2017年3月至2018年12月期间,地表形变速率集中在-1.0~2.0mm/a,部分区域发生了一定程度的地表抬升与下沉;(2)研究区地铁沿线地表因初始沉降量较低,随着混凝土结构浇筑与基底回弹隆起导致地表呈小幅抬升;部分区域因地下水开采与城市建设导致地表呈小幅下沉;(3)本文方法与PS-InSAR方法在反演结果与形变趋势上具有高度的一致性,并且提高了反演精度,保证其在反演城市地表形变中的有效性和可靠性。
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